河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)淺析

河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)淺析（2020年2月）目錄TOC\o"1-5"\h\z引言1..影響河流水質(zhì)的主要因素1工業(yè)廢水污染1生活污水污染1面源污染1河流特性改變2河流生態(tài)修復(fù)理念2河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)3生態(tài)調(diào)水3曝氣復(fù)氧3水生植物修復(fù)4底泥疏浚4河道特性改善5結(jié)語5.引言隨著我國城鎮(zhèn)人口的增加、農(nóng)業(yè)耕作方式的改變和經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,致使河流水體污染日趨嚴(yán)重,河流生態(tài)系統(tǒng)日益退化,在加劇水資源短缺矛盾的同時嚴(yán)重危害了人們的身體健康。生態(tài)修復(fù)技術(shù)由于具有安全、經(jīng)濟(jì)、實用、可持續(xù)利用等諸多優(yōu)點而成為受污河流治理的主要技術(shù)手段。該文簡要闡述了影響河流水質(zhì)的主要因素,從河流生態(tài)修復(fù)的基本理念出發(fā),對近年來科學(xué)研究和實踐工程運用較為成熟的各種生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。影響河流水質(zhì)的主要因素工業(yè)廢水污染工業(yè)廢水是指各類工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、污水和廢液的總稱,其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物以及產(chǎn)品。由于工業(yè)生產(chǎn)對水源的需要,因此河流沿線是工業(yè)企業(yè)的主要集中區(qū)域。主要大量工業(yè)廢水未經(jīng)達(dá)標(biāo)處理而直接排放入河流水體,導(dǎo)致自然水體污染。工業(yè)廢水的種類因行業(yè)類型不同而有較大差異,但是工業(yè)廢水一般都具有污染物濃度高、含鹽量高、有機(jī)有毒物質(zhì)含量高等特征,進(jìn)入自然水體后難以自然凈化,并具有明顯的環(huán)境累積效應(yīng),集中排放容易導(dǎo)致突發(fā)性水污染事故,對河流水環(huán)境的威脅很大。生活污水污染隨著人口的增多以及城市化進(jìn)程的不斷加快,越來越多的人口聚集于城鎮(zhèn),人民生活水平的提高導(dǎo)致城市用水量和排水量不斷增加,河流水體污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重。2009年,全國廢水排放總量為589.2億t,其中生活污水排放量為354.8億t,占廢水排放總量的60.22%。生活污水具有水量大、含有較高濃度的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)、大量的營養(yǎng)鹽、細(xì)菌、病毒等特點,給水體環(huán)境造成很大的沖擊。面源污染面源污染是指污染物從非特定的地點、在降雨或融雪沖刷作用下,通過徑流過程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、水庫、海灣等）并造成水體的富營養(yǎng)化或其他形式的污染。近年來,以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用農(nóng)藥化肥為主的非點源污染已經(jīng)成為河流的主要污染源。大量化肥、農(nóng)藥隨地表徑流流失,大大加快水體富營養(yǎng)化進(jìn)程,致使水質(zhì)變壞,生態(tài)系統(tǒng)退化,污染飲用水源,加劇水資源危機(jī),危害人體健康。河流特性改變與上述污染物進(jìn)入河流水體引起水環(huán)境污染不同,河流特性的人為改變是加劇水環(huán)境污染的內(nèi)在因素。為了加強(qiáng)防洪安全并追求經(jīng)濟(jì)利益,人們興建了大量的水利水電工程設(shè)施,對自然河道進(jìn)行大規(guī)模的裁彎取直,對河灘濕地進(jìn)行硬化改造,改變了河流的地貌學(xué)特征,使自然河流管道化和非連續(xù)化,破壞了自然河流的生態(tài)系統(tǒng),許多生物賴以生存的自然特征消失,降低了河流水環(huán)境承載力,加劇了水污染。河流生態(tài)修復(fù)理念河道修復(fù)是指使用工程的、生態(tài)的或是綜合的措施,使河流恢復(fù)因人類活動的干擾而喪失或退化的全部或部分自然功能。美國土木工程師協(xié)會將河流生態(tài)修復(fù)定義為一種促使河流系統(tǒng)恢復(fù)到具有可持續(xù)特征的較為自然狀態(tài),并可提高生態(tài)系統(tǒng)價值和生物多樣性的環(huán)境保護(hù)行動。河流生態(tài)修復(fù)的目的是恢復(fù)已受損河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,使之達(dá)到一個具有河流地貌多樣性和生物群落多樣性的動態(tài)穩(wěn)定并可以自我調(diào)節(jié)的河流系統(tǒng)?；谝陨侠砟?20世紀(jì)80年代德國、瑞士等國提出了“重新自然化”概念,將河流修復(fù)到接近自然的程度,英國在修復(fù)河流時強(qiáng)調(diào)“近自然化”時,同時優(yōu)先考慮河流的生態(tài)功能。在工程實踐方面，美國開展了Kissimmee河、Mississippi河以及Missouri河均開展了河流生態(tài)修復(fù)工程;歐洲實施了“萊茵河行動計劃”,并在此基礎(chǔ)上制定了“萊茵河2020計劃”。近年來,國內(nèi)對河道生態(tài)修復(fù)與功能重建的技術(shù)研發(fā)和實踐都受到前所未有的重視,眾多受污河道不同程度地開展了生態(tài)整治,并且有一批技術(shù)在實踐中誕生。河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)河流生態(tài)系統(tǒng)包括河水環(huán)境、水岸交換區(qū)環(huán)境和河岸區(qū)環(huán)境3部分,是一個相對復(fù)雜的綜合型生態(tài)系統(tǒng),污水進(jìn)入河道將對3個部分均產(chǎn)生影響,因此,河道生態(tài)修復(fù)不僅僅是針對某一個部分的修復(fù),而是針對不同部分采取不同的技術(shù)措施進(jìn)行系統(tǒng)化、綜合化治理。生態(tài)調(diào)水生態(tài)調(diào)水是通過水利設(shè)施（閘門、泵站等）的調(diào)控將清潔的水源引入污染水域,使其沖刷、稀釋污染水域,以改善水環(huán)境質(zhì)量。該方法主要是通過調(diào)引清潔的新鮮水源稀釋受污河道水質(zhì),使受污河道污染物濃度得以降低,一般在受污河道水源不足或短期水質(zhì)難以改善的情況下被作為應(yīng)急處理。目前開展了引江濟(jì)太、引江濟(jì)巢、引黃濟(jì)津濟(jì)淀等一系列生態(tài)調(diào)水工程,然而此方法只是調(diào)水稀釋受污河道污染物濃度,并未從根源上削減污染物總量,而且長期調(diào)水可能會導(dǎo)致其他流域水資源緊張的局面。因此,治理河道污染必須從根源上削減污染物,恢復(fù)河流的自凈功能,保持河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。曝氣復(fù)氧河水中溶解氧的含量是反映水體污染狀態(tài)的一個重要指標(biāo),當(dāng)水體中有機(jī)污染物含量太多,水體的溶解氧將會逐漸被消耗乃至殆盡,當(dāng)河水中的溶解氧耗盡之后河流就出現(xiàn)無氧狀態(tài),有機(jī)物的分解就從有氧分解轉(zhuǎn)為厭氧分解生成H2S、NH3和FeS等致黑致臭物質(zhì)引起自然水體發(fā)生黑臭現(xiàn)象。水體的缺氧環(huán)境以及厭氧分解產(chǎn)物會導(dǎo)致水生生物大量死亡,使得水生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞,最終導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)自凈能力的喪失。曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)是以水生生物為主體,輔以適當(dāng)?shù)娜斯て貧?建立的人工模擬生態(tài)處理系統(tǒng),以高效降解水體中的污染負(fù)荷、改善或凈化水質(zhì),恢復(fù)水生態(tài)的一種污水處理工藝,是人工凈化與天然生態(tài)凈化相結(jié)合的工藝,它是在曝氣生物塘和人工濕地基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水凈化與資源化相結(jié)合的技術(shù)。河水復(fù)氧的途徑有大氣復(fù)氧、水生植物光合作用產(chǎn)氧以及人工造流曝氣充氧。當(dāng)河道污染較為嚴(yán)重時,前兩種自然復(fù)氧狀態(tài)無法滿足污染物分解對溶解氧的需求,因此,需要進(jìn)行人工強(qiáng)化曝氣來彌補(bǔ)水體溶解氧的不足。人工曝氣復(fù)氧能保證水體的好氧環(huán)境,提高水體中好氧微生物的活性,可達(dá)到消除黑臭,減少污染負(fù)荷,維持生態(tài)凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和最大凈化功能,促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)等目的。國內(nèi)外采用的人工曝氣復(fù)氧技術(shù)主要有純氧增氧系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)———微孔布?xì)夤芷貧庀到y(tǒng)、葉輪吸氣推流式曝氣器和水下射流曝氣設(shè)備。水生植物修復(fù)河道生態(tài)修復(fù)是通過一系列的工程措施將水體中的污染物質(zhì)分解并轉(zhuǎn)移出去，使河流生態(tài)系統(tǒng)處于一個穩(wěn)定良性循環(huán)狀態(tài),并恢復(fù)其原有的自凈功能的一項綜合性河道整治技術(shù)。近年來,水生植物修復(fù)技術(shù)已成為河道生態(tài)修復(fù)的研究重點之一。水生植物對水體營養(yǎng)物質(zhì)具有吸收分解作用,對重金屬等污染物質(zhì)具有一定的吸附凈化作用,同時水生植物的光合作用能夠增加水體中溶解氧并能改善生態(tài)景觀。水生植物修復(fù)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性好、能源消耗少、管理費用低、可持續(xù)發(fā)揮治污作用等優(yōu)勢,在眾多受污河道整治中已有較多的應(yīng)用,并成為治理富營養(yǎng)化水體的主要技術(shù)措施之一。目前該類技術(shù)研究與應(yīng)用較為成熟的主要有水生植物控制技術(shù)、人工浮床技術(shù)、人工濕地技術(shù)、生物操縱技術(shù)等。然而該技術(shù)的處理效果受氣溫影響較大,同時,在部分地區(qū)不恰當(dāng)?shù)胤N植某些水生植物會造成植物過度繁殖而覆蓋水面,不僅阻礙河道行洪以及航運安全,而且引發(fā)新的生態(tài)災(zāi)害。因此,在恢復(fù)水生態(tài)環(huán)境過程中,應(yīng)充分考慮水生植物與環(huán)境的協(xié)同作用,根據(jù)環(huán)境條件和群落特性,合理配置水生植物群落,形成穩(wěn)定可持續(xù)利用的生態(tài)系統(tǒng)。底泥疏浚來自于河流與湖庫底部沉積物釋放的內(nèi)源污染物質(zhì)是造成水體污染的主要因素之一。氮和磷元素是水生生態(tài)系統(tǒng)中重要的營養(yǎng)限制因子,來自于內(nèi)源釋放的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)對上覆水營養(yǎng)物質(zhì)的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到甚至超過外源污染的貢獻(xiàn)率。因此,即使在外源污染得到較好控制時,河流水體中營養(yǎng)物質(zhì)仍然處于較高水平,致使水體富營養(yǎng)化問題難以得到徹底解決。底泥疏?？梢詫⒏缓廴疚锏牡啄鄰乃w中永久性去除,能夠控制內(nèi)源污染物的釋放或減少污染物生物有效性,因而被認(rèn)為是河道湖庫治理中的重要工程措施而被廣泛應(yīng)用。在外源氮磷營養(yǎng)物質(zhì)得到有效控制的前提下,底泥疏浚是控制內(nèi)源氮磷負(fù)荷有效的技術(shù)手段。底泥疏浚技術(shù)控制內(nèi)源污染釋放,修復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)在我國太湖、西湖以及廣州等地均有實際應(yīng)用,并取得了寶貴的實踐經(jīng)驗。然而底泥疏浚后新生表層沉積物的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)與疏浚前表層沉積物均發(fā)生了根本性變化,改變沉積物中微生物群落組成,導(dǎo)致微生物群落功能多樣性降低,從而對沉積物中生源要素的循環(huán)產(chǎn)生影響。河道特性改善為了確保河道防洪以及航運安全,河流整治工程往往將一些河段裁彎取直或直線化處理,蜿蜒曲折的天然河流被改造成直線或折線型的人工河流,失去了彎道與河灘相間、急流與緩流交替的格局,對流速、水深和水溫有不同習(xí)性的水生動物失去了原有的棲息地條件,河流廊道的植被也受到單一化影響;為了河道堤防與邊坡安全,河床邊坡的迎水面常常被硬質(zhì)化,因此隔斷了地表水和地下水的聯(lián)系通道,使大量水陸交錯帶的植物失去生存條件,同時影響岸坡內(nèi)的土壤大量微生物的生存。因此,恢復(fù)河道自然特性可以恢復(fù)水陸交錯帶的植被,并為水生生物提供棲息地,以提高河流的自凈能力,是改善水生生態(tài)系統(tǒng)的重要工程措施。在河道治理工程中,除了滿足防洪、供水以及航運等傳統(tǒng)水利功能外,還需考慮使河流更為接近自然狀態(tài),完善河流生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)和功能,并使河流滿足人們的美觀需求。目前河道特性改善方法主要有恢復(fù)河流平面形態(tài)、恢復(fù)河流斷面多樣性、恢復(fù)自然濕地以及生態(tài)護(hù)岸工程等。結(jié)語隨著近代社會的快速發(fā)展,人類活動的過度干擾以及對河流